thiết kế phân xưởng reforming xúc tác có năng suất 1.490.000 tấn năm

Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác Bộ giáo dục và Đào tạo Trờng Đh Bách Khoa Hà Nội Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập - Tự do - Hạnh phúc Nhiệm vụ Thiết kế tốt nghiệp 1. Đầu đề thiết kế : Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác với năng suất dây chuyền 1.490.000 tấn/năm. 2. Các số liệu ban đầu : Lấy theo tài liệu hớng dẫn và số liệu thực tế công nghiệp . 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán . Phần lý thuyết : nêu tổng quan về quá trình Roforming xúc tác trong công nghiệp chế biến dầu . Phần tính toán : tính cân bằng vật chất, tính cân bằng nhiệt lợng của phân xởng và kích thớc mỗi lò phản ứng . Phần kinh tế Phần xây dựng : bố trí mặt bằng phân xởng . Phần an toàn lao động và bảo vệ môi trờng 4. Các bản vẽ (ghi số các loại bản vẽ về kích thớc) . Bản vẽ sơ đồ công nghệ sản xuất . Bản vẽ thiết bị chính . Bản vẽ tổng quan mặt bằng nhà máy . 5.họ tên cán bộ hớng dẫn: TS .Nguyễn Hữu Trịnh phần Tên cán bộ 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 7.ngày hoàn thành đồ án: Hà Ngọc Thành 1 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác Ngày tháng năm 2005 Chủ nhiệm khoa Cán bộ hớng dẫn (ký , ghi rõ họ tên) (ký , ghi rõ họ tên) TS.Nguyễn Hữu Trịnh Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp Ngày tháng năm 2005 Ngời duyệt ( ký , ghi rõ họ tên ) Hà Ngọc Thành 2 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác Mục lục Trang Phần mở đầu 5 Phần tổng quan 8 i. cơ sở hoá học của quá trình 8 1.1 Các phản ứng xảy ra trong quá trình 8 1.2 Cơ chế phản ứng Reforming xúc tác 19 1.3 Nhiệt động học phản ứng và điều kiện phản ứng 22 ii. Nguyên liệu và sản phẩm 26 2.1 Nguyên liệu 26 2.2 Hydro hóa làm sạch nguyên liệu 30 2.3 Sản phẩm của quá trình Reforming xúc tác 33 iii. Xúc tác cho quá trình Reforming xúc tác 36 3.1 lịch sử phát triển 37 3.2 vai trò của xúc tác hai chức năng 38 3.3 Tính chất của chất xúc tác 41 3.4. những nguyên nhân làm giảm hoạt tính 43 3.5. tái sinh xúc tác 46 3. 5.1 Sự thay đổi các chất xúc tác trong quá trình làm việc 46 3.5.2 Các phơng pháp tái sinh chất xúc tác 46 3.5.3 Tuổi thọ xúc tác và giới thiệu một số chất xúc tác 48 iv. công nghệ Reforming xúc tác 50 4.1 Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình 50 4.2 Giới thiệu một số sơ đồ công nghệ 53 Hà Ngọc Thành 3 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác 4.3 thiết kế phân xởng 68 4.4.Các thiết bị chính của quá trình 69 phần tính toán 72 Phần tính toán kinh tế 102 phần xây dựng 107 I. chọn địa điểm xây dựng 107 ii. các nguyên tắc khi thiết kế xây dựng 109 iii.bố trí Mặt bằng xây dựng 110 phần an toàn 113 i. Khái quát 113 1.1 Nguyên nhân kỹ thuật 113 1.2 Nguyên nhân do tổ chức 113 1.3 nguyên nhân do vệ sinh 113 ii. Những yêu cầu về phòng chống cháy nổ 114 2.1 Phòng chống cháy 114 2.2 Ngăn ngừa khả năng suất hiện những nguồn gây cháy 114 2.3 Ngăn ngừa khả năng suất hiện những nguồn cháy 115 iii. những biện pháp tổ chức để bảo đảm an toàn cháy nổ 116 phần kết luận 118 tài liệu tham khảo 119 Hà Ngọc Thành 4 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác phần mở đầu Vào những năm 1859 ngành công nghiệp chế biến dầu mỏ ra đời và từ đó sản lợng dầu mỏ khai thác ngày càng đợc phát triển mạnh về số lợng cũng nh về chất lợng . Ngày nay với sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật , dầu mỏ đã trở thành nguyên liệu quan trọng trong công nghệ hoá học . trên cơ sở nguyên liệu dầu mỏ , ngời ta đã sản xuất đợc hàng nghìn các hoá chất khác nhau , làm nguyên liệu cho động cơ , nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác . Ngành công nghiệp chế biến dầu ở nớc ta ra đời tuy cha lâu , nhng nó đợc đánh giá là một ngành công nghiệp mũi nhọn , đặc biệt là trong giai đoạn đất nớc ta đang bớc vào giai đoạn công nghiệp hóa - hiện đại hóa. Để đạt đợc những mục tiêu mà sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa đã đề ra thì cần phải đáp ứng một nhu cầu rất lớn về nguyên liệu, nhiên liệu cho phát triển công nghiệp và kinh tế . Năm 1986 dầu thô đợc khai thác tại mỏ Bạch Hổ và hàng loạt các mỏ mới đợc phát hiện nh:Rồng, Đại Hùng, Ruby. Cho đến nay chúng ta đã khai thác đợc tổng cộng hơn 60 triệu tấn dầu thô tại mỏ Bạch Hổ và các mỏ khác. Nguồn dầu thô xuất khẩu đã đem lại cho đất nớc ta một nguồn ngoại tệ khá lớn. Tuy nhiên hàng năm chúng ta cũng chi một nguồn ngoại tệ không nhỏ, để nhập khẩu các sản phẩm từ dầu mỏ nhằm phục vụ cho nhu cầu phát triển đất nớc. Nhà máy lọc dầu Cát Lái ra đời đánh dấu một bớc phát triển vợt bậc của ngành công nghiệp dầu . Ngay từ năm 1991 Chính phủ Việt Nam đã tổ chức gọi thầu xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 công suất 6,5 triệu tấn/năm và cho đến nay đang đợc xúc tiến xây dựng tại Dung Quất (Quảng Ngãi). Có thể nói rằng việc đất nớc ta xây dựng nhà máy lọc dầu số 1 là một quyết định phù hợp Hà Ngọc Thành 5 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác với điều kiện và hoàn cảnh hiện nay. Nhà máy lọc dầu số 1 ra đời không những cung cấp những sản phẩm năng lợng quan trọng mà còn cung cấp nguồn nguyên liệu quý giá cho công nghiệp hóa dầu. Do đó việc phát triển công nghệ và quy mô nhà máy reforming là rất cần thiết cho việc phát triển đất nớc. Trong công nghiệp chế biến dầu mỏ các quá trình chuyển hoá hoá học dới tác dụng của chất xúc tác chiếm một tỷ lệ rất lớn và đóng vai trò vô cùng quan trọng . Chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá có khả năng làm giảm năng lợng hoạt hoá của phản ứng vị vậy tăng tốc độ phản ứng lên rất nhiều . Mặt khác khi có mặt của xúc tác thì có khả năng tiến hành phản ứng ở nhiệt độ thấp hơn . Điều này có tầm quan trọng đối với các phản ứng nhiệt dơng (phản ứng hydro hoá ankyl hoá , polyme hoá ) vì ở nhiệt độ cao về mặt nhiệt động không thuận lợi cho phản ứng này Sự có mặt của chất xúc tác trong quá trình chuyển hoá hoá học vừa có tác dụng thúc đẩy nhanh quá trình chuyển hoá , vừa có khả năng tạo ra những nồng độ cân bằng cao nhất , có nghĩa là tăng hiệu suất sản phẩm của quá trình . Trong quá trình chuyển hoá hoá học dới tác dụng của xúc tác thì quá trình reforming xúc tác chiếm một vị trí quan trọng trong công nghiệp chế biến dầu mỏ , lợng dầu mỏ đợc chế biến bằng quá trình reforming chiếm tỷ lệ lớn hơn so với các quá trình khác . Qúa trình reforming xúc tác đợc xem là một quá trình chủ yếu sản xuất xăng cho động cơ , đó là một quá trình quan trọng không thể thiếu trong công nghiệp chế biến dầu Có thể nói quá trình reforming ra đời là một bớc ngoặc lớn trong công nghệ chế biến dầu . Trớc đây ngời ta dùng xăng chng cất trực tiếp có pha trộn thêm phụ gia (chì ) để làm tăng trị số octan . Ngày nay ngời ta sử dụng xăng của quá trình reforming cho động cơ thì chất lợng đảm bảo hơn ,ít ảnh hởng đến môi trờng hơn Hơn nữa , ngoài sản phẩm chính là xăng ,quá trình reforming xúc tác còn sản xuất ra các hydrocacbon thơm và là một nguồn thu khí hydro sạch , rẻ tiền hơn các nguồn thu khác 10-15 lần Hà Ngọc Thành 6 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác Reforming ngày càng chiếm một vị trí quan trọng trong các nhà máy chế biến dầu hiện đại . ở Tây Âu hơn 50% xăng thu đợc là xăng của quá trình reforming . Vì vậy việc nghiên cứu và phát triển công nghệ reforming là điều hết sức cấp thiết cho công nghiệp hoá dầu nói riêng và nền công nghiệp nớc ta nói chung . Hà Ngọc Thành 7 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác phần tổng quan i. cơ sở hóa học của quá trình reforming xúc tác : Reforming xúc tác là một quá trình chuyển đổi các thành phần hydrocacbon của nguyên liệu mà chủ yếu là naphten và parafin thành hydrocacbon thơm có trị số octan cao .sử dụng nguyên liệu là xăng chng cất trực tiếp và gần đây nhờ sự phát triển của các quá trình làm sạch bằng hydro mà ta có thể sử dụng xăng của các quá trình lọc dầu khác (nh xăng của quá trình cốc hóa, xăng cracking nhiệt ). Quá trình này đợc tiến hành trên xúc tác hai chức năng thờng chứa platin (trong hỗn hợp với các kim loại quý khác và 1 halogen) đợc mang trên chất mang ôxit nhôm tinh khiết. Mục đích của quá trình là sản xuất xăng có trị số octan cao (RON trong khoảng từ 95 - 102) mà không phải pha thêm chì. Đồng thời, do sản phẩm chủ yếu của quá trình là hydrocacbon thơm nên quá trình còn đợc ứng dụng để BTX (khi nguyên liệu và phân đoạn naphta nhẹ có nhiệt độ sôi từ 310 - 340 o F) là những nguyên liệu quý cho tổng hợp hóa dầu. Ngoài ra, quá trình còn là nguồn thu hydro nhiều nhất và rẻ nhất. 1.1.Các phản ứng xảy ra trong quá trình reforming xúc tác : Bao gồm các phản ứng:dehydro hóa, dehydro vòng hóa, hydro hoá, isome hóa. Ngoài ra còn các phản ứng phụ , tuy không làm ảnh nhiều đến cân bằng của phản ứng chính , nhng lại ảnh hởng lớn đến độ hoạt động và độ bền của xúc tác . Đó là các phản ứng : Phản ứng phân huỷ và khử các hợp chất có chứa oxy, nitơ , lu huỳnh thành H 2 S ,NH 3 , H 2 O. Hà Ngọc Thành 8 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác Phản ứng phân huỷ các hợp chất chứa kim loại và halogen phản ứng ngng tụ các hợp chất trung gian không bền nh olefin ,diolefin với các hydrocacbon thơm , dẫn đến tạo thành hợp chất nhựa và cốc bám trên bề mặt xúc tác . Vì thế để phát triển quá trình reforming xúc tác , ngời ta phải hạn chế tới mức tối đa quá trình tạo cốc . Trong thực tế sản xuất ngời ta thờng dùng áp suất và nồng độ hydro cao hoặc tiến hành tái sinh liên tục xúc tác (RCC) I II III A = Axit , M = Metan , I = Hydrocracking và Demethylation(M) , II=paraffinisomerization, III=Dehydrocyclization. Hình 1. Sơ đồ các phản ứng chính trong quá trình reforming xúc tác 1.1.1. Phản ứng dehydrohóa: Phản ứng dehydrohóa là loại phản ứng chính để tạo ra hydrocacbon thơm. Phản ứng này xảy ra đối với naphten thờng là xyclopentan và xyclohexan (xyclopentan thờng nhiều hơn xyclohexan), xyclohexan bị dehydro hóa trực tiếp tạo ra hợp chất thơm. CH 3 CH 3 Hà Ngọc Thành 9 ĐHBK Hà Nội K45 + 3H 2 (+50 KCal/mol) (1) M/ A n-parafin sản phẩm cracking M or A M/ A Iso-parafin sản phẩm cracking M or A cyclopentan M/ A A sản phẩm cracking M or A M/ A Iso-parafin sản phẩm cracking M or A cyclohexan Aromatic Lighter Aromatic M or A M A Naphthene isomerization Dehydro- genation Dealkylation and Demethylation Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác Đây là phản ứng thu nhiệt mạnh. Khi càng tăng nhiệt độ và giảm áp suất thì hiệu suất hydrocacbon thơm sẽ tăng lên. Theo nghiên cứu cho thấy, việc tăng tỷ số H 2 /RH nguyên liệu có ảnh hởng không nhiều đến cân bằng của phản ứng dehydro hóa naphten và sự ảnh hởng này có thể bù lại bằng việc tăng nhiệt độ của quá trình. Khi hàm lợng hydrocacbon naphten trong nguyên liệu cao, quá trình reforming sẽ làm tăng rõ ràng hàm lợng của hydrocacbon. Do đó cho phép ta lựa chọn và xử lý nguyên liệu để có thể đạt mục đích mong muốn: hoặc tăng hydrocacbon thơm có trị số octan cao cho xăng, hoặc để nhận hydrocacbon thơm riêng biệt (B, T, X). Sự tăng trị số octan của xăng cũng còn phụ thuộc vào hàm lợng n-parafin cha bị biến đổi chứa trong sản phẩm vì chúng có trị số octan khá thấp. Vì vậy, ngoài phản ứng dehydrohoá naphten, cũng cần phải tiến hành các phản ứng khác sao cho đảm bảo đợc hiệu quả của quá trình reforming. Phản ứng dehydro hóa naphten, trong đó đặc trng nhất là phản ứng dehydro hóa xyclohexan và dẫn xuất của nó, có tốc độ khá lớn khi ta dùng xúc tác có chứa Pt. Năng lợng hoạt hóa nhỏ khoảng 20 Kcal/mol. Phản ứng đồng phân hóa naphten vòng 5 cạnh thành vòng 6 cạnh lại là phản ứng có hiệu ứng nhiệt thấp (5 Kcal/mol), nên khi tăng nhiệt độ thì cân bằng chuyển dịch về phía tạo vòng naphten 5 cạnh. Ví dụ: ở đây phản ứng chính của reforming ở 500 o C, nồng độ cân bằng của metyl xyclopertan là 95%, còn của xyclohexan chỉ là 5%. Nhng tốc độ phản ứng dehydro hóa xảy ra nhanh mà cân bằng của phản ứng đồng phân hóa có điều kiện chuyển hóa thành xyclohexan và trong phản ứng, nồng độ của naphten cha bị chuyển hóa chỉ còn 5%. Nh vậy, nhờ phản ứng dehydro hóa naphten có tốc độ cao mà trong quá trình reforming ta sẽ nhận đợc nhiều Hà Ngọc Thành 10 ĐHBK Hà Nội K45 CH 3 + 3H 2 [...]... parafin + Q = 2 Kcal/mol với thiết bị phản ứng reforming xúc tác ở điều kiện 500 0C và xúc tác Pt/AL2O3 , thì cân bằng đạt đợc trong vùng phản ứng của thiết bị nh sau : Với n - C6 là 30%; n - C5 là 40%; n - C4 là 60% Hà Ngọc Thành 14 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác Các phản ứng này có vai trò quan trọng trong qúa trình reforming xúc tác vì Với các n - parafin nhẹ,... quá trình reforming xúc tác Khi kết hợp với các quá trình khác nh phân chia, tái phân bố, hydrodealxyl, isome hoá cho phép nhận B, T, X rất thích hợp cho các quá trình tổng hợp hóa dầu và hóa học Bảng 9 Bảng 9: Đặc trng phân bố trị số octan của xăng reforming xúc tác khi RON = 83 Hà Ngọc Thành 35 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác Nhiệt độ sôi oC Hiệu suất %v parafin... hợp kim với chì làm khử hoạt tính của xúc tác Hàm lợng asen trong nguyên liệu phải thấp hơn 30 phần tử ii nguyên liệu và sản phẩm 2.1 Nguyên liệu: Phân đoạn xăng chất lợng thấp có giới hạn sôi từ 60 ữ 180oC làm nguyên liệu cho quá trình reforming xúc tác Phân đoạn xăng có điểm sôi đầu Hà Ngọc Thành 27 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác nhỏ hơn 60oC là không thích hợp... ứng tách các nguyên tố dị thể đó ra khỏi phân đoạn Tách nitơ (Hydrodenitơ): N + 5H2 C5H12 + NH3 pyridin Hà Ngọc Thành C-C-C-C N 17 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác + 4H2 + NH3 Quinolin Hà Ngọc Thành 18 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp C C C C Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác + 4H2 C-C-C-C + NH3 N Pyrol Tách lu huỳnh (Hydrodesunfua): + 4H2 C5H12 + H2S S... cốc , gây độc cho xúc tác , làm giảm nhanh hoạt tính của xúc tác Vì thế nguyên liệu trớc khi đa vào reforming xúc tác đều phải đợc Hà Ngọc Thành 30 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác qua công đoạn xử lý bằng hydro hoá làm sạch để loại bỏ các hợp chất phi hydrocacbon , các hợp chất olefin ,diolefin và cả kim loại do nhiễm bẩn vào trong nguyên liệu reforming trong quá... trình mà ta có thể thu đợc xăng có trị số octan lên tới 100 ữ 105 (RON) Ưu điểm của xăng reforming xúc tác là trị số octan cao, lợng olefin thấp nên độ ổn định oxy hóa cao (1700 ữ 1800 phút), thuận lợi cho quá trình bảo quản, tồn chứa và vận chuyển Tuy vậy, nhợc điểm lớn nhất của xăng Hà Ngọc Thành 34 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác reforming xúc tác là ít phần... Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác vận tốc phản ứng khử hoạt tính xúc tác và hiệu suất hydro thấp Ngợc lại, ở áp suất thấp (8,5 ữ 20,5 atm) độ chuyển hoá các hợp chất thơm cao, hiệu suất hydro cao, phản ứng hydrocracking giảm, nhng lại nhanh chóng khử hoạt tính xúc tác do sự tạo thành cốc Bảng 5: Đặc trng vận tốc và hiệu ứng nhiệt của những phản ứng reforming quan trọng: Loại... sản xuất hỗn hợp benzen, toluen, xylen,trong khi phân đoạn có khoảng nhiệt độ sôi 62 đến 180oC để sản xuất đồng thời cả aren và xăng có trị số octan cao Do vậy để đạt Hà Ngọc Thành 28 ĐHBK Hà Nội K45 Đồ án tốt nghiệp Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác đợc những sản phẩm mong muốn, một số quá trình tiến hành tách phân đoạn Hiệu suất hydro sơ bộ để tách phần nhẹ và phần nặng 3 1,8 2 1 1,2 0,6 90 2... hydrocacbon thơm Giai đoạn đầu và giai đoạn cuối xảy ra trên tâm xúc tác kim loại còn giai đoạn giữa xảy ra trên tâm xúc tác axít Các giai đoạn đó có thể xảy ra xen kẽ nhau có nghĩa là trong khi giai đoạn này cha kết thúc thì giai đoạn khác đã bắt đầu Nhờ có sự tồn tại của những tâm xúc tác mất ở bên cạnh những tâm xúc tác kim loại mà các giai đoạn đó có thể xảy ra nối tiếp, trực tiếp hoặc gần nh đồng thời... hydrocacbon có mặt trong nguyên liệu reforming xúc tác 2.2 Hydro hóa làm sạch nguyên liệu: Cơ sở lý thuyết của quá trình hydro hóa làm sạch: Tất cả quá trình reforming xúc tác thờng áp dụng một trong hai loại sơ đồ công nghệ, đó là tái sinh xúc tác gián đoạn và tái sinh xúc tác liên tục Nhng dù áp dụng sơ đồ nào, nguyên liệu trớc khi đa vào quá trình reforming xúc tác cũng cần phải đợc qua công đoạn . thiết kế xây dựng 10 9 iii.bố trí Mặt bằng xây dựng 11 0 phần an toàn 11 3 i. Khái quát 11 3 1. 1 Nguyên nhân kỹ thuật 11 3 1. 2 Nguyên nhân do tổ chức 11 3 1. 3 nguyên nhân do vệ sinh 11 3 ii. Những yêu. . 10 -12 0,67 3, 68 . 10 5 n-C 7 H 16 C 7 H 8 +4H 2 6,54 .10 -10 31, 77 9,03 . 10 6 n-C 8 H 18 C 6 H 5 C 2 H 5 +H 2 7 ,18 .10 -10 39,54 1, 17 . 10 7 n- C 9 H 20 C 6 H 5 C 3 H 7 +4H 2 1, 42. Hạnh phúc Nhiệm vụ Thiết kế tốt nghiệp 1. Đầu đề thiết kế : Thiết kế phân xởng Reforming xúc tác với năng suất dây chuyền 1. 490. 000 tấn/ năm. 2. Các số liệu ban đầu : Lấy theo tài liệu hớng